JP3909663B2 - Piezoelectric parts - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、共振子または発振子等として使用される圧電部品に関する。この種の圧電部品は、携帯電話、CDーROMドライブまたは車載電子装置のマイクロコントローラのクロック等に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】
この種の圧電部品としては、従来より種々のタイプのものが提案され、実用に供されてきた。例えば、特開2001ー53573号公報は、破綻を生じにくく、高度の気密性を有する振動空間を持つ圧電部品を開示している。
【0003】
この種の圧電部品において、基本固有共振周波数は、圧電セラミック基板の厚みに反比例するから、共振周波数を高周波化しようとすると、圧電セラミック基板の厚みをそれに対応して薄くしなければならない。
【0004】
この問題点を回避する手段として、基本波振動モードの代わりに、高次高調波、典型的には、3次高調波振動モードを利用する圧電部品が知られている。このタイプの圧電部品では、基本波を用いる場合に比較して、圧電セラミック基板の厚みを大きくでき、信頼性を確保して、容易に量産できるようになる。
【0005】
しかし、近年は電子部品の小型化への要求が高まっており、圧電部品も例外ではあり得ない。圧電部品のサイズが小さくなり、かつ、発振周波数が高くなると、厚み縦3次高調波振動モードに対する基本波の影響をいかに抑圧するかが問題になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、利用しようとする厚み縦3次高調波振動モードに対する基本波振動モードの影響を極力小さく抑圧することができる圧電部品を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る圧電部品は、圧電素子と、第1の空洞層と、第1の封止層と、第2の空洞層と、第2の封止層とを含み、厚み縦3次高調波の振動モードを利用する。
【0008】
前記圧電素子は、圧電セラミック基板の厚み方向の表面及び裏面に、互いに対向する表電極及び裏電極を有する。
【0009】
前記第1の空洞層は、一面が前記圧電セラミック基板の表面に隣接し、前記表電極を含む振動部の周りに、第1の空洞を形成している。
【0010】
前記第1の封止層は、一面が前記第1の空洞層の他面に隣接し、前記第1の空洞を封止している。
【0011】
前記第2の空洞層は、一面が前記圧電セラミック基板の裏面に隣接し、前記裏電極を含む振動部の周りに第2の空洞を形成している。
【0012】
前記第2の封止層は、一面が前記第2の空洞層の他面に隣接し、前記第2の空洞を封止している。
【0013】
前記第1及び第2の空洞層の厚みt(μm)は、前記圧電素子の周波数共振特性上で見た共振周波数と反共振周波数との間において、前記圧電素子のリアクタンス分Xの絶対値を抵抗分Rで除して得られる電気的特性Qの最大値をQmaxとしたとき、前記3次高調波に対する最大値Qmax(3rd)が、基本波に対する最大値Qmax(1st)よりも高くなるように選定されている。
【0014】
上述したように、本発明に係る圧電部品において、圧電素子は、圧電セラミック基板の厚み方向の表面及び裏面に、互いに対向する表電極及び裏電極を有するから、表電極及び裏電極の励振による圧電振動特性が得られる。
【0015】
第1の空洞層は、表電極を含む振動部の周りに、第1の空洞を形成する。第1の封止層は、第1の空洞層の上に備えられ第1の空洞を封止する。第2の空洞層は、裏電極を含む振動部の周りに、第2の空洞を形成する。第2の封止層は、第2の空洞層の上に備えられ第2の空洞を封止する。従って、圧電素子は、第1及び第2の空洞層の厚みtによってほぼ定まり、かつ、第1の封止層及び第2の封止層によって封止された第1の空洞及び第2の空洞内で圧電振動を行うことになる。
【0016】
更に、本発明に係る圧電部品では、3次高調波に対する最大値Qmax(3rd)が、基本波に対する最大値Qmax(1st)よりも高くなるように選定されている。従って、基本波振動モードの場合よりも、3次高調波振動モードが優越的となり、3次高調波振動モード、具体的には3次高調波振動モードを利用する圧電部品が実現可能になる。
【0017】
本発明において、基本波振動モードに対する3次高調波振動モードの優越性は、第1及び第2の空洞層の厚みt(μm)の選定によって得られる。即ち、第1及び第2の空洞層の厚みt(μm)の選定によって、基本波振動モードを抑え込む。このように、本発明では、第1及び第2の空洞層の厚みt(μm)の選定という比較的簡単な手段によって、基本波振動モードを抑え込むので、工業的量産が容易である。
【0018】
発明者らの実験によれば、厚みt(μm)の範囲について、3次高調波の波長をλ(μm)とした場合、t>0.1λを満たすことにより、基本波振動モードを抑え込み、Qmax(3rd)>Qmax(1st)を満たし得ることが解った。
【0019】
基本波振動モードの抑え込みという観点からは、厚みtは厚くてもよいが、そうすると、圧電部品全体としての厚みが増大し、小型化の要請に反する。このような実際的要請に応えるためには、t≦60μmを満たすことが好ましい。
【0020】
本発明は、共振子または発振子等の他、例えばフィルタ等にも適用できる。本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る圧電部品の分解斜視図、図2は図1に示した圧電部品の組立状態を示す斜視図、図3は図2の3ー3線に沿った拡大断面図である。図示実施例は、共振子または発振子等として使用するのに適したエネルギ閉じ込め型であって、厚み縦振動モードで動作する圧電部品の例を示している。図示された圧電部品は、圧電素子1と、第1の空洞層21と、第1の封止層22と、第2の空洞層31と、第2の封止層32とを含む。
【0022】
圧電素子1は、圧電セラミック基板11と、表電極12と、裏電極13とを含む。圧電セラミック基板11は、厚み方向に分極されている。表電極12は、表リード電極14を有し、圧電セラミック基板11の表面に設けられる。表リード電極14は、表電極12に導通し、端部が圧電セラミック基板11の側端縁に導出される。裏電極13は、圧電セラミック基板11の裏面に設けられ、表電極12と対向する。表電極12及び裏電極13は振動部を構成する。
【0023】
裏リード電極15は、裏電極13に導通し、端部が圧電セラミック基板11の側端縁に導出される。圧電セラミック基板11の構成材料は、従来より周知のものを用いることができる。表電極12、裏電極13、表リード電極14及び裏リード電極15は、スパッタリングまたは蒸着等の薄膜技術または厚膜技術の適用によって形成できる。
【0024】
第1の空洞層21は、圧電セラミック基板11の表面に付着され、表電極12の周りに第1の空洞6を形成している。第1の空洞層21は、中央部に第1の孔を有しており、第1の孔が第1の空洞6を構成する。第1の空洞層21としては、熱硬化性樹脂、具体的には、エポキシ樹脂を用いることができる。
【0025】
第1の封止層22は、熱硬化性樹脂であって、第1の空洞層21の一面上に付着され、第1の空洞6を封止する。第1の封止層22の層厚は、例えば、3μm〜50μmの範囲に設定する。さらに、第1の封止層22は、樹脂製シートを用いることができる。
【0026】
第2の空洞層31は、圧電セラミック基板11の裏面に付着され、裏電極13の周りに第2の空洞7を形成している。第2の空洞層31は、中央に第2の孔を有しており、この第2の孔が第2の空洞7を構成する。第2の空洞層31としては、熱硬化性樹脂、具体的には、エポキシ樹脂を用いることができる。
【0027】
第2の封止層32は、第2の空洞層31の上に備えられ、第2の空洞7を封止している。第2の封止層32の層厚は、例えば、3μm〜50μmの範囲に設定する。第2の封止層32も、熱硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂である。
【0028】
第1の空洞層21、第1の封止層22、第2の空洞層31及び第2の封止層32は、例えば、スクリーン印刷によって、熱硬化性樹脂を塗布することによって形成できる。
【0029】
第1の空洞層21及び第2の空洞層31の厚みtは、圧電素子1の周波数共振特性上で見た共振周波数frと反共振周波数faとの間において、圧電素子のリアクタンス分Xの絶対値を抵抗分Rで除して得られる電気的特性Q、
Q=|X|/R
の最大値をQmaxとしたとき、利用される3次高調波に対する最大値Qmax(3rd)が、基本波に対する最大値Qmax(1st)よりも高くなるように選定されている。第1の空洞層21の厚みtと、第2の空洞層31の厚みtとは、互いに等しくとも、あるいは、異なっていてもよい。
【0030】
上述したように、第1の空洞層21及び第2の空洞層31の厚みtを、3次高調波に対する最大値Qmax(3rd)が、基本波に対する最大値Qmax(1st)よりも高くなるように選定されているから、基本波振動モードの場合よりも、3次高調波振動モードが優越的となる。
【0031】
基本波振動モードに対する3次高調波振動モードの優越性は、第1及び第2の空洞層21、31の厚みt(μm)の選定によって得られる。即ち、第1及び第2の空洞層21、31の厚みt(μm)の選定によって、基本波振動モードを抑え込む。このように、本発明では、第1及び第2の空洞層21、31の厚みt(μm)の選定という比較的簡単な手段によって、基本波振動モードを抑え込むので、工業的量産の実施が容易である。
【0032】
図4は本発明に係る圧電部品について、第1及び第2の空洞層21、31の厚みt(μm)と、電気的特性Qの最大値Qmaxとの関係を示すデータである。このデータは、図1〜図3に示した構造の圧電部品において、3次高調波の周波数を33.86MHzとしたとき得られたものである。図4において、横軸に厚みt(μm)をとり、縦軸にQmaxをとってある。横軸の目盛りは、3次高調波の波長λを用いて示してある。特性CH1は基本波振動モードの特性を示し、特性CH3は3次高調波振動モードの特性を示している。
【0033】
図4に示すように、厚みt(μm)が0.1λよりも大きい範囲では、3次高調波F3に対する最大値Qmax(3rd)が、基本波に対する最大値Qmax(1st)よりも大きくなっている。これは、厚みtが0.1λよりも大きくなる領域では、第1及び第2の空洞層21、31による基本波振動モードの抑え込み作用が、有効に働くためと推測される。厚みtの特に好ましい範囲は、0.21λ以上の領域である。図4のデータによれば、この領域では、この種の圧電部品で満たさなければならないQmax≧3をクリアしている。
【0034】
基本波振動モードの抑え込みという観点からは、厚みtは、更に厚くてもよいが、そうすると、圧電部品全体としての厚みが増大し、小型化の要請に反する。このような実際的要請に応えるためには、t≦60μmを満たすことが好ましい。
【0035】
更に、図1〜図3の実施例において、表電極12は、圧電セラミック基板11の表面に設けられ、裏電極13は、圧電セラミック基板11の裏面に設けられ、表電極12と対向する。表電極12及び裏電極13は振動部を構成する。従って、表電極12及び裏電極13による圧電振動特性が得られる。
【0036】
第1の空洞層21は、表電極12を含む振動部の周りに、第1の空洞6を形成する。第1の封止層22は、第1の空洞層21の上に備えられ第1の空洞6を封止する。第2の空洞層31は、裏電極13を含む振動部の周りに、第2の空洞7を形成する。第2の封止層32は、第2の空洞層31の上に備えられ第2の空洞7を封止する。従って、圧電素子1は、第1及び第2の空洞層の厚みtによって定まり、かつ、第1の封止層12及び第2の封止層22によって封止された第1の空洞6及び第2の空洞7の内部で圧電振動を行うことになる。
【0037】
第1の空洞層21は、層厚方向に同一幅で貫通する第1の孔を有し、表電極12の周りに、第1の孔による第1の空洞6を形成する。第1の空洞6を構成する第1の孔は、第1の空洞層21の層厚方向に同一幅で貫通するから、第1の空洞6を形成するために通常用いられるレジスト樹脂を完全に除去することができる。このため、レジスト樹脂の残滓による特性不良を回避することができる。
【0038】
実施例において、第1の封止層22は、熱硬化性樹脂であって、第1の空洞層21の一面上に形成され、第1の空洞6を封止する。このような第1の封止層22は、第1の空洞層21の一面に対して、形成すればよいので第1の空洞層21に対する第1の封止層22の位置合わせが不要になる。このため、位置ずれによる気密性の破綻等を生じることがない。
【0039】
しかも、第1の封止層22は、第1の空洞層21の一面に対して、平面的に形成すればよいので、高度の気密性を有する振動空間を形成できる。また第1の空洞層21に対する第1の封止層22の平面的に形成することにより、十分な形成面積が確保されるので、気密性に破綻を生じにくい振動空間が得られる。
【0040】
第1の封止層22は、シート状樹脂を付着することもできる。この場合も、第1の封止層22は、第1の空洞層21の一面に対して、平面的に付着すればよいので、従来必須であった第1の空洞層21に対する第1の封止層22の位置合わせが不要になる。このため、位置ずれによる気密性の破綻等を生じることがない。
【0041】
更に、第1の空洞6の内容積は、第1の空洞層21に設けられた第1の孔の平面積、及び、第1の空洞層21の層厚によって定める一定の空間容積に設定される。このため、一定の特性を確保することができる。
【0042】
実施例では、更に、天板23と、ベース基板4とを含む。天板23は熱圧着によって、第1の封止層22の上に接着してある。天板23はセラミックシート、または、アラミドシートによって構成することができる。
【0043】
ベース基板4は、基体40と、第1の端子電極41と、第2の端子電極42とを含む。実施例では、第3の端子電極43も図示されている。このベース基板4は、基体40の一面側で、圧電素子1、第1の空洞層21、第1の封止層22、第2の空洞層31、及び、第2の封止層32を支持する。これにより、ベース基板4による補強作用が得られ、機械的強度の高い圧電部品が得られる。
【0044】
第1の端子電極41は、表リード電極14の導出された側端面に形成され、第2の端子電極42は、裏リード電極15の導出された側端面に形成される。ベース基板4を構成する基体40はセラミックによって構成することができる。
【0045】
実施例において、第1の端子電極41〜第3の端子電極43は、互いに間隔を隔てて、組立体の周りに帯状に形成されており、天板側の帯状電極は中央部で分離されていても良い。第1の端子電極41〜第3の端子電極43は、基体40と接する最下層及び最上層は焼き付けによる銀層とし、これらの銀層は薄膜で導通している。さらに、その上にニッケルメッキ層を設けて、銀層の半田食われ防止層とし、ニッケル層の上に、錫メッキ層または半田メッキ層を設け、半田付け性を改善した複合メッキ膜構造を採用することができる。
【0046】
図5〜図17は図1〜図3に示した圧電部品であって、33.86MHzの圧電部品の製造工程を示している。まず、図5、図6に示すように、大板のウエハ状圧電セラミック基板11の表面及び裏面に、表電極12及び裏電極13を、所定のパターンで、多数個形成する。表電極12及び裏電極13は、薄膜法で、マスキングによりパターンを形成する。または、フォトリソグラフィを用いた高精度パターン形成技術によって形成することもできるし、スクリーン印刷等によっても形成することもできる。表電極12及び裏電極13は表リード電極14及び裏リード電極15を有するパターンとして形成する。
【0047】
圧電セラミック基板11は、予め、周知の技術に従って、厚み方向に分極されており、表電極12及び裏電極13は分極された領域上に形成される。表電極12及び裏電極13は表リード電極14及び裏リード電極15の形成に当っては、例えば、下地膜として、10nmのCr膜、その上に、1.2μmのAg膜をスパッタリングまたは蒸着する。表電極12及び裏電極13は、例えば、0.5×0.4mmの短形状である。但し、前記形状は、円や、長円またはR付短形でもよい。
【0048】
電極形成に先立つ分極処理に当っては、圧電セラミック基板11を、0.35mmとなるように一次研摩した後、圧電基板11の両面に、片面あたり、1μmのCu分極電極膜を蒸着した。この後、圧電セラミック基板11をシリコンオイル中に入れ、Cu分極電極膜に9kV/mmの分極電圧を印加し、150℃の温度条件で、1000秒間の分極処理を行った。
【0049】
次に、図7、図8に示すように、表電極12及び裏電極13を、その外径よりも大きい範囲で覆うレジスト樹脂60、70を塗布し、乾燥させた。レジスト樹脂60、70としては、水、アルカリあるいは有機溶剤により、容易に溶解除去できるものを用いる。
【0050】
次に、図9、図10に示すように、ウエハ状圧電セラミック基板11の表面及び裏面に、レジスト樹脂60、70のない領域を埋めるように、樹脂21、31を塗布し、乾燥させ、定着させた。
【0051】
樹脂21、31は第1及び第2の空洞層21、31(図1〜図3参照)を構成する。樹脂21、31は、図4に示したデータの教示に従い、乾燥後の厚みtが0.1λよりも大きくなるように、更に好ましくは、0.21λ以上となるように形成する。但し、薄型化の要請に応えるために、60μm以下となるように形成する。第1及び第2の空洞層21、32としては、熱硬化性樹脂、具体的には、例えば、150℃、30分程度で本硬化するエポキシ樹脂を用いることができる。
【0052】
次に、図11、図12に示すように、レジスト樹脂60、70を除去する。レジスト樹脂60、70は、上述したように、水、アルカリあるいは有機溶剤により、容易に溶解除去できる。レジスト樹脂60、70の除去された後には、第1の空洞部及び第2の空洞部となるスペース6、7が生じる。第1の空洞6を構成する第1の孔、及び、第2の空洞7を構成する第2の孔は、第1の空洞層21及び第2の空洞層31の層厚方向に同一幅で貫通するから、レジスト樹脂60、70を、第1の空洞層21及び第2の空洞層31の面方向に排出して完全に除去することができる。このため、レジスト樹脂60、70の残滓による特性不良を回避することができる。
【0053】
次に、図13、図14に示すように、第1の封止層22及び第2の封止層32を積層する。積層手段としては、スクリーン印刷またはシート貼りつけ等の手段を用いることができる。これにより、ウエハ状圧電セラミック基板11、第1の封止層22及び第2の封止層32を含む組立体が得られる。第1及び第2の封止層22、32は、熱硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、例えば、80℃、60分程度で本硬化するエポキシ樹脂である。
【0054】
この場合、第1及び第2の封止層22、32は、第1及び第2の空洞層21、31の一面に対して、平面的に形成すればよいので、第1及び第2の空洞層21、31に対する第1及び第2の封止層22、32の位置合わせが不要になる。このため、位置ずれによる気密性の破綻等を生じることがない。
【0055】
しかも、第1及び第2の封止層22、32は、第1及び第2の空洞層21、31の一面に対して、平面的に形成すればよいので、高度の気密性を有する振動空間を形成できる。また、第1及び第2の空洞層21、31に対する第1及び第2の封止層22、32の平面的積層により、十分な積層面積が確保されるので、気密性に破綻を生じにくい振動空間が得られる。
【0056】
更に、第1及び第2の空洞6、7の内容積は、第1及び第2の空洞層21、31に設けられた第1及び第2の孔の平面積と、第1及び第2の空洞層21、31の層厚によって定める一定の空間容積に設定される。このため、一定の特性を確保することができる。
【0057】
次に、図15、図16に図示するように、第2の封止層32にベース基板4を接着し、第1の封止層22に天板23を接着する。ベース基板4及び天板23の接着に当たっては、第2の封止層32及び第1の封止層22の接着力を利用するか、または、第2の封止層32及び第1の封止層22の表面に付与された接着層の接着力を利用することができる。
【0058】
ベース基板4は、圧電素子1と、第1の封止構造体2と、第2の封止構造体3とを含む組立体を製造する工程とは別工程で製造しておく。このベース基板4は、好ましくは、その底面に、第1の端子電極41、第2の端子電極42及び第3の端子電極43を、帯状に形成しておく。隣り合う圧電素子間では、第1の端子電極41と第2の端子電極42とは、一体に形成される。
【0059】
次に、図17に示すように、ベース基板4、ウエハ状圧電セラミック基板11、第1の空洞層21、第1の封止層22、第2の空洞層31、第2の封止層32及び天板23を含む組立体を、X1ーX1線、X2ーX2線及び(Y1ーY1線)〜(Y3ーY3線)に沿って切断する。切断手段としては、ダイシングソーを用いることができる。この切断工程を経ることにより、圧電部品の単体が得られる。
【0060】
この後、組立体の側面に、第1の端子電極41、第2の端子電極42及び第3の端子電極43を形成する(図1〜図3参照)。これによって、第1の端子電極41の端部を表リード電極14の端部に導通させ、第2の端子電極42の端部を裏リード電極15の端部に導通させる(図1〜図3参照)。第1の端子電極41〜第3の端子電極43は、蒸着またはスパッタリング等の薄膜形成手段によって薄膜を形成した後、めっきを施すことによって形成することができる。
【0061】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、利用しようとする3次高調波振動モードに対する基本波振動モードの影響を極力小さく抑え込むことができる圧電部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧電部品の分解斜視図である。
【図2】本発明に係る圧電部品の斜視図である。
【図3】図2の3ー3線に沿った拡大断面図である。
【図4】本発明に係る圧電部品について、第1及び第2の空洞層の厚みt(μm)と、電気的特性Qの最大値Qmaxとの関係を示すデータである。
【図5】本発明に係る圧電部品の製造工程を示す斜視図である。
【図6】図5に示した工程を拡大して示す断面図である。
【図7】図5及び図6に示した工程の後の製造工程を示す斜視図である。
【図8】図7に示した工程を拡大して示す断面図である。
【図9】図7、図8に示した工程の後の製造工程を示す斜視図である。
【図10】図9に示した工程を拡大して示す断面図である。
【図11】図9、図10に示した工程の後の製造工程を示す斜視図である。
【図12】図11に示した工程を拡大して示す断面図である。
【図13】図11、図12に示した工程の後の製造工程を示す斜視図である。
【図14】図13に示した工程を拡大して示す断面図である。
【図15】図13、図14に示した工程の後の製造工程を示す斜視図である。
【図16】図15に示した工程を拡大して示す断面図である。
【図17】図15、図16に示した工程の後の製造工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 圧電素子
11 圧電セラミック基板
21 第1の空洞層
22 第1の封止層
31 第2の空洞層
32 第2の封止層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric component used as, for example, a resonator or an oscillator. This type of piezoelectric component can be used for a clock of a microcontroller of a mobile phone, a CD-ROM drive, or an in-vehicle electronic device.
[0002]
[Prior art]
Various types of piezoelectric parts of this type have been proposed and put to practical use. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-53573 discloses a piezoelectric component having a vibration space that is less likely to fail and has a high degree of airtightness.
[0003]
In this type of piezoelectric component, the basic natural resonance frequency is inversely proportional to the thickness of the piezoelectric ceramic substrate. Therefore, when the resonance frequency is increased, the thickness of the piezoelectric ceramic substrate must be reduced correspondingly.
[0004]
As means for avoiding this problem, a piezoelectric component using a high-order harmonic, typically a third-order harmonic vibration mode, is known instead of the fundamental vibration mode. In this type of piezoelectric component, the thickness of the piezoelectric ceramic substrate can be increased as compared with the case where the fundamental wave is used, reliability can be ensured, and mass production can be easily performed.
[0005]
However, in recent years, the demand for miniaturization of electronic parts has increased, and piezoelectric parts cannot be an exception. When the size of the piezoelectric component is reduced and the oscillation frequency is increased, the problem is how to suppress the influence of the fundamental wave on the thickness longitudinal third harmonic vibration mode.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The subject of this invention is providing the piezoelectric component which can suppress the influence of the fundamental wave vibration mode with respect to the thickness longitudinal third harmonic vibration mode which it is going to utilize as much as possible.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a piezoelectric component according to the present invention includes a piezoelectric element, a first cavity layer, a first sealing layer, a second cavity layer, and a second sealing layer. In addition, the vibration mode of the thickness third harmonic is used.
[0008]
The piezoelectric element has front and back electrodes opposed to each other on the front and back surfaces in the thickness direction of the piezoelectric ceramic substrate.
[0009]
One surface of the first cavity layer is adjacent to the surface of the piezoelectric ceramic substrate, and a first cavity is formed around the vibrating portion including the surface electrode.
[0010]
One surface of the first sealing layer is adjacent to the other surface of the first cavity layer and seals the first cavity.
[0011]
One surface of the second cavity layer is adjacent to the back surface of the piezoelectric ceramic substrate, and a second cavity is formed around the vibrating portion including the back electrode.
[0012]
One surface of the second sealing layer is adjacent to the other surface of the second cavity layer, and seals the second cavity.
[0013]
The thickness t (μm) of the first and second cavity layers is the absolute value of the reactance component X of the piezoelectric element between the resonance frequency and the anti-resonance frequency viewed from the frequency resonance characteristics of the piezoelectric element. When the maximum value of the electrical characteristic Q obtained by dividing by the resistance component R is Qmax, the maximum value Qmax (3rd) for the third harmonic is higher than the maximum value Qmax (1st) for the fundamental wave. Has been selected.
[0014]
As described above, in the piezoelectric component according to the present invention, the piezoelectric element has the front electrode and the back electrode facing each other on the surface and the back surface in the thickness direction of the piezoelectric ceramic substrate. Vibration characteristics can be obtained.
[0015]
The first cavity layer forms a first cavity around the vibration part including the surface electrode. The first sealing layer is provided on the first cavity layer and seals the first cavity. The second cavity layer forms a second cavity around the vibration part including the back electrode. The second sealing layer is provided on the second cavity layer and seals the second cavity. Accordingly, the piezoelectric element is substantially determined by the thickness t of the first and second cavity layers, and the first cavity and the second cavity sealed by the first sealing layer and the second sealing layer. Piezoelectric vibration is performed in the inside.
[0016]
Furthermore, in the piezoelectric component according to the present invention, the maximum value Qmax (3rd) for the third harmonic is selected to be higher than the maximum value Qmax (1st) for the fundamental wave. Therefore, the third harmonic vibration mode is superior to the fundamental wave vibration mode, and a piezoelectric component using the third harmonic vibration mode, specifically, the third harmonic vibration mode can be realized.
[0017]
In the present invention, the superiority of the third harmonic vibration mode over the fundamental vibration mode is obtained by selecting the thickness t (μm) of the first and second cavity layers. That is, the fundamental wave vibration mode is suppressed by selecting the thickness t (μm) of the first and second cavity layers. As described above, in the present invention, the fundamental wave vibration mode is suppressed by a relatively simple means of selecting the thickness t (μm) of the first and second cavity layers, so that industrial mass production is easy.
[0018]
According to the experiments by the inventors, when the wavelength of the third harmonic is λ (μm) in the range of thickness t (μm), the fundamental vibration mode is suppressed by satisfying t> 0.1λ, It has been found that Qmax (3rd)> Qmax (1st) can be satisfied.
[0019]
From the viewpoint of suppressing the fundamental wave vibration mode, the thickness t may be large, but in this case, the thickness of the entire piezoelectric component increases, which is against the demand for downsizing. In order to meet such a practical requirement, it is preferable to satisfy t ≦ 60 μm.
[0020]
The present invention can be applied to, for example, a filter in addition to a resonator or an oscillator. Other objects, configurations and advantages of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are merely examples.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is an exploded perspective view of a piezoelectric component according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an assembled state of the piezoelectric component shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. . The illustrated embodiment shows an example of an energy confinement type that is suitable for use as a resonator or an oscillator, and that operates in a thickness longitudinal vibration mode. The illustrated piezoelectric component includes a
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The thickness t of the
Q = | X | / R
Is selected such that the maximum value Qmax (3rd) for the third-order harmonic used is higher than the maximum value Qmax (1st) for the fundamental wave. The thickness t of the
[0030]
As described above, the thickness t of the
[0031]
The superiority of the third harmonic vibration mode with respect to the fundamental vibration mode is obtained by selecting the thickness t (μm) of the first and second cavity layers 21 and 31. That is, the fundamental wave vibration mode is suppressed by selecting the thickness t (μm) of the first and second cavity layers 21 and 31. As described above, in the present invention, the fundamental wave vibration mode is suppressed by a relatively simple means of selecting the thickness t (μm) of the first and second cavity layers 21 and 31, so that industrial mass production can be easily performed. It is.
[0032]
FIG. 4 is data showing the relationship between the thickness t (μm) of the first and second
[0033]
As shown in FIG. 4, in the range where the thickness t (μm) is larger than 0.1λ , the maximum value Qmax (3rd) for the third harmonic F3 is larger than the maximum value Qmax (1st) for the fundamental wave. Yes. This is presumably because the suppression action of the fundamental wave vibration mode by the first and second cavity layers 21 and 31 works effectively in the region where the thickness t is larger than 0.1λ . A particularly preferable range of the thickness t is a region of 0.21λ or more. According to the data of FIG. 4, in this region, Qmax ≧ 3 that must be satisfied with this type of piezoelectric component is cleared.
[0034]
From the standpoint of suppressing the fundamental wave vibration mode, the thickness t may be larger, but this increases the thickness of the entire piezoelectric component, which is against the demand for miniaturization. In order to meet such a practical requirement, it is preferable to satisfy t ≦ 60 μm.
[0035]
Further, in the embodiment of FIGS. 1 to 3, the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
In the embodiment, the
[0039]
In addition, since the
[0040]
The
[0041]
Furthermore, the internal volume of the
[0042]
In the embodiment, a
[0043]
The
[0044]
The first
[0045]
In the embodiment, the first
[0046]
5 to 17 show the manufacturing process of the piezoelectric component shown in FIGS. 1 to 3 and having a piezoelectric component of 33.86 MHz. First, as shown in FIGS. 5 and 6, a large number of
[0047]
The piezoelectric
[0048]
In the polarization treatment prior to electrode formation, the piezoelectric
[0049]
Next, as shown in FIGS. 7 and 8, resist
[0050]
Next, as shown in FIGS. 9 and 10, resins 21 and 31 are applied to the front and back surfaces of the wafer-like piezoelectric
[0051]
The
[0052]
Next, as shown in FIGS. 11 and 12, the resist
[0053]
Next, as shown in FIGS. 13 and 14, the
[0054]
In this case, the first and second sealing layers 22 and 32 may be formed in a plane with respect to one surface of the first and second cavity layers 21 and 31, so that the first and second cavities are formed. The alignment of the first and second sealing layers 22 and 32 with respect to the
[0055]
In addition, the first and second sealing layers 22 and 32 may be formed in a plane with respect to one surface of the first and second cavity layers 21 and 31, so that the vibration space has a high degree of airtightness. Can be formed. Further, the planar stacking of the first and second sealing layers 22 and 32 with respect to the first and second cavity layers 21 and 31 ensures a sufficient stacking area, and therefore vibrations that are less likely to cause an airtight breakdown. Space is obtained.
[0056]
Further, the internal volumes of the first and
[0057]
Next, as illustrated in FIGS. 15 and 16, the
[0058]
The
[0059]
Next, as shown in FIG. 17, the
[0060]
Then, the 1st
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric component that can suppress the influence of the fundamental wave vibration mode to the third harmonic vibration mode to be used as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric component according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a piezoelectric component according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG.
FIG. 4 is data showing the relationship between the thickness t (μm) of the first and second cavity layers and the maximum value Qmax of the electrical characteristics Q for the piezoelectric component according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing process of a piezoelectric component according to the present invention.
6 is an enlarged cross-sectional view showing the step shown in FIG. 5;
7 is a perspective view showing a manufacturing step after the step shown in FIGS. 5 and 6. FIG.
8 is an enlarged sectional view showing the process shown in FIG. 7;
9 is a perspective view showing a manufacturing step after the step shown in FIGS. 7 and 8. FIG.
10 is an enlarged cross-sectional view showing the step shown in FIG. 9;
11 is a perspective view showing a manufacturing step after the step shown in FIGS. 9 and 10. FIG.
12 is an enlarged cross-sectional view showing the process shown in FIG. 11. FIG.
13 is a perspective view showing a manufacturing step after the step shown in FIGS. 11 and 12. FIG.
14 is an enlarged cross-sectional view showing the process shown in FIG. 13;
15 is a perspective view showing a manufacturing step after the step shown in FIGS. 13 and 14. FIG.
16 is an enlarged cross-sectional view showing the process shown in FIG. 15;
17 is a perspective view showing a manufacturing step after the step shown in FIGS. 15 and 16. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記圧電素子は、圧電セラミック基板の厚み方向の表面及び裏面に、互いに対向する表電極及び裏電極を有しており、
前記第1の空洞層は、一面が前記圧電セラミック基板の表面に隣接し、前記表電極を含む振動部の周りに、第1の空洞を形成しており、
前記第1の封止層は、一面が前記第1の空洞層の他面に隣接し、前記第1の空洞を封止しており、
前記第2の空洞層は、一面が前記圧電セラミック基板の裏面に隣接し、前記裏電極を含む振動部の周りに第2の空洞を形成しており、
前記第2の封止層は、一面が前記第2の空洞層の他面に隣接し、前記第2の空洞を封止しており、
前記第1及び第2の空洞層の厚みt(μm)は、前記圧電素子の周波数共振特性上で見た共振周波数と反共振周波数との間において、前記圧電素子のリアクタンス分Xの絶対値を抵抗分Rで除して得られる電気的特性Qの最大値をQmaxとしたとき、前記3次高調波に対する最大値Qmax(3rd)が、基本波に対する最大値Qmax(1st)よりも高くなるように選定されており、
3次高調波の波長をλ(μm)として、t>0.1λを満たす、
圧電部品。Piezoelectric component including a piezoelectric element, a first cavity layer, a first sealing layer, a second cavity layer, and a second sealing layer, and utilizing a vibration mode of a thickness third harmonic Because
The piezoelectric element has a front electrode and a back electrode facing each other on the front and back surfaces in the thickness direction of the piezoelectric ceramic substrate,
One surface of the first cavity layer is adjacent to the surface of the piezoelectric ceramic substrate and forms a first cavity around the vibrating portion including the surface electrode;
One surface of the first sealing layer is adjacent to the other surface of the first cavity layer and seals the first cavity.
The second cavity layer is adjacent to the back surface of the piezoelectric ceramic substrate and forms a second cavity around the vibrating portion including the back electrode,
The second sealing layer has one surface adjacent to the other surface of the second cavity layer and sealing the second cavity,
The thickness t (μm) of the first and second cavity layers is the absolute value of the reactance component X of the piezoelectric element between the resonance frequency and the anti-resonance frequency seen from the frequency resonance characteristic of the piezoelectric element. When the maximum value of the electrical characteristic Q obtained by dividing by the resistance component R is Qmax, the maximum value Qmax (3rd) for the third harmonic is higher than the maximum value Qmax (1st) for the fundamental wave. Has been selected
The wavelength of the third harmonic is λ (μm), and t> 0.1λ is satisfied.
Piezoelectric parts.
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